Compreender o processo de expansão em sólidos

A temperatura é uma medida para expressar o grau de calor ou frio de um objeto. No caminho, mudanças na temperatura podem fazer com que o objeto se expanda. Seja qual for a forma, seja sólida, líquida ou gasosa. Todos estes – sólidos, líquidos e gases, quando se expandem, aumentam de volume.

A expansão de objetos pode ser classificada em três tipos, incluindo expansão de sólidos, expansão de líquidos e expansão de corpos gasosos.

Neste artigo, vamos nos familiarizar mais com o conceito de expansão em sólidos. Como será e o que o torna diferente dos outros dois tipos de expansão?

Expansão de sólidos

A expansão que ocorre nas substâncias sólidas consiste em expansão em comprimento, expansão em área e expansão em volume. Qual é a diferença?

Este é o aumento induzido pelo calor no comprimento do objeto. Um exemplo de longa expansão ocorre em um fio. Onde, quando aquecido, o fio sofrerá um aumento no comprimento. A adição do comprimento ao próprio fio prova que o fio sofre uma longa expansão.

(Leia também: Tipos de substâncias e suas características)

A expansão de comprimento que ocorre em um objeto é influenciada pelo comprimento inicial, a quantidade de mudança na temperatura e o coeficiente de expansão de comprimento do objeto. Quanto maior for o valor do comprimento inicial de um objeto, maior será a mudança no comprimento.

Matematicamente, a expansão longa pode ser obtida usando a seguinte equação:

Δl = l_oαΔT

Com Δl é o comprimento de expansão (m), ΔT é a mudança na temperatura (ᴼC), eu_o é o comprimento inicial do objeto (m), e α é o coeficiente de expansão em unidades por ᴼC (/ ᴼC)

A expansão ampla é um aumento no tamanho de um objeto porque ele recebe calor. Um exemplo de ampla expansão é a expansão de uma placa de ferro. A placa de ferro se expandirá em ambos os lados.

Em objetos bidimensionais, que possuem comprimento e largura, como uma peça ou um plano, pode-se dizer que o objeto possui uma área. Quando o objeto é aquecido, o movimento dos átomos no objeto tem duas direções, a saber, o comprimento e a largura. Isso significa que o objeto sofre uma mudança de área.

A mudança na área devido à expansão pode ser determinada usando a seguinte fórmula:

ΔA = A_oβΔT = A._o 2αΔT

Com ΔA é a adição da área do objeto (m²), UMA_o área inicial (m²), β é o coeficiente de área (/ ᴼC) e ΔT é a mudança de temperatura (ᴼC).

A expansão de volume também é chamada de expansão de espaço. Essa expansão ocorre em objetos que possuem espaço, como blocos, bolas e tubos. Quando o objeto é aquecido, o movimento das partículas do objeto devido ao aquecimento terá três direções, a saber, comprimento, largura e altura da sala.

Isso faz com que o coeficiente de expansão do volume do objeto seja igual a três vezes o coeficiente de expansão do comprimento do objeto quando aquecido. A quantidade de adição ao volume de um material pode ser determinada usando a seguinte equação:

ΔV = V_oγΔT = V_o 3αΔT

Com ΔV é a mudança no volume de um objeto (m³), V_o é o volume inicial do objeto (m³), γ é o coeficiente de expansão de volume (/ ᴼC) e ΔT é a mudança de temperatura (ᴼC).